(57)【要約】【課題】低温の酸化条件でも優れた触媒反応効率で使用することができ、十分な強度を有し、耐熱性および熱伝導性に優れ、安価かつ容易に製造することができる触媒を提供する。【解決手段】三次元網状骨格構造の炭化珪素発泡体と、該炭化珪素発泡体に添着された吸着性物質と、該吸着性物質に担持された触媒活性物質とを有してなる触媒。前記炭化珪素発泡体のセル数が３〜３０個／２５ｍｍ２である前記触媒。前記吸着性物質が、アルミナ、活性炭、ゼオライト、もしくはシリカアルミナ、またはこれらの組み合わせである前記触媒。前記触媒活性物質が、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、マンガン、若しくは銅、またはこれらの金属酸化物、あるいはこれらの組み合わせである前記触媒。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
三次元網状骨格構造の炭化珪素発泡体と、該炭化珪素発泡体に添着された吸着性物質と、該吸着性物質に担持された触媒活性物質とを有してなる触媒。
【請求項２】
前記炭化珪素発泡体のセル数が３〜３０個／２５ｍｍ２である請求項１に係る触媒。
【請求項３】
前記吸着性物質が、アルミナ、活性炭、ゼオライト、もしくはシリカアルミナ、またはこれらの組み合わせである請求項１または２に係る触媒。
【請求項４】
前記触媒活性物質が、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、マンガン、若しくは銅、またはこれらの金属酸化物、あるいはこれらの組み合わせである請求項１〜３のいずれか一項に係る触媒。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、低温条件で酸化が可能な触媒燃焼方式に好適な酸化触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一体型の構造を持つ触媒としては、自動車の排ガス浄化用途に代表される、コージェライト等のセラミック材料をハニカム構造に形成した触媒支持体のガス接触面にアルミナ質をコーティングし、その上に白金、パラジウム等の貴金属を活性成分として担持させた酸化触媒が広く使用されている。また、触媒支持体として、金属を素材としたハニカム構造体も使用されている。このようなハニカム構造体は、単位体積当たり、大きな幾何学的表面積を有するために触媒の反応効率がよいと考えられている。
【０００３】
しかし、ハニカム構造体は、単位体積当たりの幾何学表面積を大きくするためにセルの数を増やさなければならず、セル内を通過するガスの流れが層流となるため、触媒の反応効率は悪くなる。
【０００４】
近年、触媒の反応効率を高めるために発泡体形状と呼ばれる三次元網状骨格構造を有する触媒支持体が利用されている。たとえば、住友電工（株）製の多孔質金属（商品名：セルメット）に代表される金属発泡体、ブリヂストン化成品（株）の無機酸化物を成形して得られる発泡体（商品名：セラミックフォーム）等が挙げられる。
【０００５】
しかし、金属発泡体は電着により製造されるため、その製造にはニッケル等の物理強度の比較的低い金属が使用されるが、これらの金属は高価である。また、強度を高めるためにニッケルクロム合金も使用されるが、クロムは環境規制対象物質であり、使用が好ましくない。一方、無機酸化物としてアルミナを成形して得られる発泡体は、強度が弱い点、熱伝導性が低いために反応性が上がらない点で不利である。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本考案は、低温の酸化条件でも優れた触媒反応効率で使用することができ、十分な強度を有し、耐熱性および熱伝導性に優れ、安価かつ容易に製造することができる触媒を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本考案者らは上記の課題を解決するため鋭意検討を行った結果、ニッケルクロム等からなる従来の金属発泡体よりも耐熱性に優れ、従来のアルミナ成形体より高強度で熱伝導率の高い炭化珪素発泡体を使用することにより、触媒反応効率が従来のハニカム構造担持触媒に優る低温酸化触媒が得られ、上記課題を解決することができることを見出し、本考案を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本考案は、三次元網状骨格構造の炭化珪素発泡体と、該炭化珪素発泡体に添着された吸着性物質と、該吸着性物質に担持された触媒活性物質とを有してなる触媒を提供する。
【考案の効果】
【０００９】
本考案の触媒は、低温の酸化条件でも優れた触媒反応効率で使用することができ、十分な強度を有し、耐熱性および熱伝導性に優れ、安価かつ容易に製造することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本考案の触媒について、詳細に説明する。
【００１１】
本考案の触媒は、三次元網状骨格構造の炭化珪素発泡体と、該炭化珪素発泡体に添着された吸着性物質と、該吸着性物質に担持された触媒活性物質とを有してなる。炭化珪素発泡体および吸着性物質は層構造を形成していることが好ましいが、必ずしも層構造を形成している必要はない。また、触媒活性物質は、吸着性物質の上で点在していても層構造を形成していてもよい。
【００１２】
＜炭化珪素発泡体＞
本考案の触媒に用いられる三次元網状骨格構造の炭化珪素発泡体は、触媒の支持体となるものである。この炭化珪素発泡体は連続気泡のものである。また、炭化珪素発泡体の形状は特に限定されず、好ましくはフィルターとしての使用に適した形状であり、例えば、多角形板状、円板状、楕円板状などの板状；多角形柱状、円柱状、楕円柱状などの柱状；多角形筒状、円筒状、楕円筒状などの筒状等の任意形状に成型できる。
【００１３】
三次元網状骨格構造の炭化珪素発泡体のセル数は、好ましくは３〜３０個／２５ｍｍ２、より好ましくは１５〜２５個／２５ｍｍ２である。該セル数がこの範囲内にあると、セル内を通過するガスの流れが層流となりにくく、触媒の反応効率を高く保ちやすい。
【００１４】
三次元網状骨格構造の炭化珪素発泡体は、例えば、ブリヂストン化成品株式会社から「セラミックフォーム」の商品名で市販されている。
【００１５】
＜吸着性物質＞
本考案の触媒に用いられる吸着性物質は、例えば、アルミナ、活性炭、ゼオライト、もしくはシリカアルミナ、またはこれらの二種以上の組み合わせである。これらの中でも、アルミナ、活性炭、ゼオライトが好ましく、アルミナがより好ましい。
【００１６】
吸着性物質のBET比表面積は、好ましくは10〜100m2/gである。
【００１７】
本考案の触媒中の吸着性物質の含有量は、炭化珪素発泡体の単位体積（１Ｌ）当たり、好ましくは５〜５０ｇ、より好ましくは１５〜３０ｇである。
【００１８】
炭化珪素発泡体に吸着性物質を添着させる方法は、特に限定されないが、例えば、コーティング、スパッタリング、蒸着等、好ましくはコーティングによって行うことができる。コーティングは、例えば、吸着性物質を分散媒に分散させて該吸着性物質のスラリーを調製し、該スラリーを炭化珪素発泡体に塗布した後、該炭化珪素発泡体を乾燥させ、次いで焼成することにより行うことができる。該分散剤としては、例えば、水、アルコール類またはこれらの混合物等が挙げられる。炭化珪素発泡体の乾燥は、例えば、気体中または真空中で行うことができるが、好ましくは気体中、より好ましくは空気中で行われる。乾燥温度は、好ましくは８０〜２００℃、より好ましくは１００〜１５０℃である。乾燥時間は、分散剤が吸着性物質から十分に除去される限り特に制限されないが、例えば、１５〜３０分でよい。炭化珪素発泡体の焼成は、例えば、気体中または真空中で行うことができるが、好ましくは気体中、より好ましくは空気中で行われる。焼成温度は、好ましくは３００〜７００℃、より好ましくは４００〜６００℃である。焼成時間は、特に制限されないが、例えば、３０分〜１時間でよい。
【００１９】
吸着性物質には、増結剤として、アルミナゾル、シリカゾル等の無機系水溶性ゾルを混和させることが望ましい。
【００２０】
＜触媒活性物質＞
本考案の触媒に用いられる触媒活性物質は、例えば、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、マンガン、銅等の金属、もしくはこれらの金属酸化物、またはこれらの二種以上の組み合わせである。これらの中でも、白金、パラジウム、およびこれらの酸化物が好ましい。
【００２１】
本考案の触媒中の触媒活性物質の含有量は、炭化珪素発泡体の単位体積（１Ｌ）当たり、好ましくは、０．２〜２０ｇ、より好ましくは０．５〜１０ｇである。
【００２２】
吸着性物質に触媒活性物質を担持させる方法は、特に限定されないが、例えば、触媒活性物質が溶解した水溶液を吸着性物質に吸着させ、その後余分な水溶液を取り除いた後、該吸着性物質を乾燥させ、次いで焼成することにより行うことができる。触媒活性物質の塩としては、例えば、触媒活性物質のアンミン錯塩、硝酸塩、塩化物塩、水酸化物塩が挙げられ、その具体例としては、テトラアンミン・ジニトロ白金、硝酸パラジウム、塩化白金酸、水酸化白金、塩化パラジウム、塩化ルテニウム、テトラアンミン・ジニトロパラジウム等が挙げられる。余分な水溶液は、例えば、エアーガンで吹き飛ばしたり、紙、布などで拭き取ったりすることにより取り除くことができる。触媒活性物質の乾燥は、例えば、気体中または真空中で行うことができるが、好ましくは気体中、より好ましくは空気中で行われる。乾燥温度は、好ましくは８０〜２００℃、より好ましくは１００〜１５０℃である。乾燥時間は、特に制限されないが、例えば、１５〜３０分でよい。吸着性物質の焼成は、例えば、気体中または真空中で行うことができるが、好ましくは気体中、より好ましくは空気中で行われる。焼成温度は、好ましくは３５０〜６００℃、より好ましくは４００〜５００℃である。焼成時間は、特に制限されないが、例えば、３０分〜１時間でよい。
【００２３】
＜好ましい実施形態＞
本考案の触媒は、吸着性物質としてアルミナを選択し、触媒活性物質として白金及び／又はパラジウムを選択して組み合わせることが特に好ましい。
【００２４】
本考案の触媒の構造の好ましい一例を図１および図２に基づいて説明する。
図１は、本考案の触媒を構成する炭化珪素発泡体の三次元網状骨格にアルミナが添着され、さらに白金が担持された状態を推定した模式的な断面図である。炭化珪素発泡体を構成する網状骨格１の表面に、アルミナ層２がコーティングにより形成されている。アルミナ層２に[Pt(NH3)4](NO3)2の水溶液を吸着させ、余分な水溶液を取り除いた後、このアルミナ層２を乾燥させ、次いで焼成することにより、アルミナ層２の表面に白金３が担持されている。アルミナ層２の厚さは、通常、100〜200μｍである。
図２は、本考案の触媒の構造を示す顕微鏡写真であり、炭化珪素からなる網状骨格表面にアルミナ層が添着され、その上に白金層が担持されている。
【００２５】
＜用途＞
本考案の触媒は、酸化触媒の用途で使用することができる。具体的には、燃焼ストーブから発生する一酸化炭素の除去、有機物酸化時に発生する臭気の除去、たばこの煙の脱臭等において使用することができる。特に低温条件で酸化が可能な触媒燃焼方式に好適である。
【実施例】
【００２６】
以下に実施例を挙げて本考案を具体的に説明するが、本考案はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、濃度を示すｐｐｍは体積基準である。
【００２７】
［実施例１］
炭化珪素発泡体（ブリヂストン化成品（株）製、商品名：セラミックフォーム、セル数：11〜15個／25ｍｍ２、サイズ：150mm×150mm×30mm、重量：２５０ｇ）を支持体として使用した。
【００２８】
アルミナ粉末（住友化学（株）製、商品名：Ａ−１１）３００ｇを秤量し、精製水３００ｍｌおよび日産化学（株）製アルミナゾル２００ｇと混合して混合物を得、この混合物を３時間攪拌してアルミナのスラリーを作製した。このスラリーを上記の炭化珪素発泡体に浸漬塗布した後、この炭化珪素発泡体を空気中100℃で16時間乾燥させ、次いで空気中５００℃にて一時間焼成した。これにより、アルミナコート済炭化珪素発泡体２８０ｇを得た。
【００２９】
3.0重量%の白金を含む[Pt(NH3)4](NO3)2水溶液を、上記のアルミナコート済炭化珪素発泡体上のアルミナに吸水させ、余分な該水溶液をエアーガンで吹き飛ばした後、空気中100℃で16時間乾燥させ、次いで空気中500℃にて一時間焼成した。これにより、発泡体１Ｌ当たり２ｇの白金が担持された三次元網状骨格構造を有する触媒を作製した。
【００３０】
［実施例２］
実施例１において、[Pt(NH3)4](NO3)2水溶液を3.0重量%のパラジウムを含むPd(NO3)2水溶液に変更し、二回目の焼成の温度を600℃に変更した以外は、実施例１と同様にして、発泡体１Ｌ当たり２ｇのパラジウムが担持された三次元網状骨格構造を有する触媒を作製した。
【００３１】
［性能評価試験］
実施例１で作製した白金担持アルミナコート済炭化珪素発泡体触媒を円筒形の形状に切り取り（寸法：１インチΦ×５０ｍｍ）、寸法が３６ｍｍΦ×８００ｍｍである反応管に装着した。この反応管にｎ−ヘキサンと空気とからなる混合気体（ｎ−ヘキサン濃度：３００ｐｐｍ、８０℃）を毎分２５Ｌの割合（SV値に換算して30,000／時間）で流し、触媒中を通過させた。触媒入口における混合気体中のｎ−ヘキサン濃度（ｃｉｎ）および触媒出口における混合気体中のｎ−ヘキサン濃度（ｃｏｕｔ）を炭化水素計ＨＣＭ−１Ｂ（（株）島津製作所製）により経時的に測定し、各時間におけるｎ−ヘキサン転化率を次式：
ｎ−ヘキサン転化率（％）＝（ｃｉｎ−ｃｏｕｔ）／ｃｉｎ×１００
で算出した。同時に、触媒の温度を熱電対により測定した。結果を図３に示す。
【００３２】
比較のため、ハニカム１Ｌ当たり２ｇの白金が担持されたアルミナコート済ハニカム（エヌ・イー  ケムキャット（株）社製、商品名：ＤＡＳＨ−２０Ｍ、セル数：210個／25ｍｍ２）を用いて、同様に、ｎ−ヘキサン濃度を測定し、ｎ−ヘキサン転化率を算出した。結果を図３に示す。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本考案の触媒を構成する炭化珪素発泡体の三次元網状骨格にアルミナが添着され、さらに白金が担持された状態を示す模式的な断面図である。
【図２】本考案の触媒の構造を示す顕微鏡写真である。
【図３】本考案の触媒と従来の触媒とでｎ−ヘキサン転化率を経時的に比較し、同時に本考案の触媒の温度を経時的に測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１．炭化珪素発泡体を構成する樹脂からなる網状骨格
２．アルミナ層
３．白金
【図１】
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【図２】
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【図３】
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